KR101013144B1 - An inertial electrostatic confinement fusion device with an electron source - Google Patents

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KR101013144B1 KR1020090023830A KR20090023830A KR101013144B1 KR 101013144 B1 KR101013144 B1 KR 101013144B1 KR 1020090023830 A KR1020090023830 A KR 1020090023830A KR 20090023830 A KR20090023830 A KR 20090023830A KR 101013144 B1 KR101013144 B1 KR 101013144B1
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Abstract

본 발명은 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중심부로 집속되는 이온들에 의해 양(+)의 공간전하가 축적되는 그리드 전극 내부에 전자원을 장착하여 그리드 전극의 중심부에 전자를 공급함으로써, 전극 중심부 측에 축적된 양(+)의 공간전하를 효과적으로 상쇄시켜 중심부로 가속되는 이온빔들의 굴절에 의한 분산을 최소화함으로써 중성자 수율을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, and more particularly, by mounting an electron source inside a grid electrode where positive space charges are accumulated by ions focused to the center of the grid electrode. By supplying electrons to the center of the electron source, the electron source can increase the neutron yield by effectively canceling the positive (+) space charge accumulated on the electrode center side and minimizing dispersion due to the refraction of the ion beams accelerated to the center. The inertial electrostatic fusion device is mounted.

본 발명은, 원통형의 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내벽에 구비되어 상기 진공 챔버를 통해 접지되어 있는 원통형 전극과, 상기 진공 챔버의 내부 중앙에 위치하되 원통형의 격자구조로 형성되는 그리드 전극과, 상기 진공 챔버 일측에 구비되어 상기 그리드 전극에 음의 고전압을 인가하는 피드스루와, 상기 원통형의 그리드 전극 내부에 전자를 공급하기 위한 전자원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치를 제공한다.The present invention provides a cylindrical vacuum chamber, a cylindrical electrode provided on the inner wall of the vacuum chamber and grounded through the vacuum chamber, a grid electrode positioned in an inner center of the vacuum chamber and formed in a cylindrical lattice structure; An inertial type equipped with an electron source, the feedthrough being provided at one side of the vacuum chamber and including a feedthrough for applying a negative high voltage to the grid electrode, and an electron source for supplying electrons into the cylindrical grid electrode Provided is an electrostatic fusion device.

관성형 정전 핵융합 장치, IEC, 그리드 전극, 전자원, 공간전하 상쇄, 중성자 수율 Inertial electrostatic fusion device, IEC, grid electrode, electron source, space charge offset, neutron yield

Description

전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치{An inertial electrostatic confinement fusion device with an electron source}An inertial electrostatic confinement fusion device with an electron source

본 발명은 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중심부로 집속되는 이온들에 의해 양(+)의 공간전하가 축적되는 그리드 전극 내부에 전자원을 장착하여 그리드 전극의 중심부에 전자를 공급함으로써, 전극 중심부 측에 축적된 양(+)의 공간전하를 효과적으로 상쇄시켜 중심부로 가속되는 이온빔들의 굴절에 의한 분산을 최소화함으로써 중성자 수율을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, and more particularly, by mounting an electron source inside a grid electrode where positive space charges are accumulated by ions focused to the center of the grid electrode. By supplying electrons to the center of the electron source, the electron source can increase the neutron yield by effectively canceling the positive (+) space charge accumulated on the electrode center side and minimizing dispersion due to the refraction of the ion beams accelerated to the center. The inertial electrostatic fusion device is mounted.

이제까지의 중성자의 생산은 주로 원자로나 대형 가속기와 같은 대형 장치에 국한되었으며, 그로 인하여 이의 응용 또한 매우 제한적이였다. 그러나 최근 과학기술의 발달과 함께 중성자와 같은 핵자들이 여러 가지 기초 연구 및 산업에 응용되기 시작했다. 중성자와 같은 핵자들의 발생기술은 생명공학과 신재료 분야 연구의 기반이 되는 핵심기술로서 단백질의 기능과 구조를 밝혀 새로운 의약품 및 치료법을 개발하는데 도움을 줄 수 있으며, 중성자를 이용한 재료의 특성 연구나 물성 변화 연구는 각종 산업의 신재료 개발을 가능케 하는 원동력이 된다. 또한 일반 화 학적 방법으로 해결하기 힘들었던 시료를 분석하거나 항공기나 자동차의 핵심 부품의 무결성을 검사하기 위한 비파괴 검사, 그리고 산업에 필요한 각종 방사성 동위원소 생산에도 이용될 수 있는 등 경제, 산업적 파급 효과가 매우 크다. The production of neutrons up to now has been mainly limited to large devices such as nuclear reactors and large accelerators, and their application has therefore been very limited. However, with recent advances in science and technology, neutrons such as neutrons have begun to be applied to many basic research and industries. Nuclear neutron generation technology is the core technology for biotechnology and new materials research, and it can help develop new medicines and treatments by revealing the function and structure of protein. Change research is the driving force behind the development of new materials in various industries. In addition, it can be used to analyze samples that could not be solved by general chemical methods, nondestructive inspection to check the integrity of key parts of aircraft or automobiles, and to produce various radioisotopes required for the industry. Big.

중성자를 이용하면 항만이나 공항에서의 각종 수하물 검색 시 기존에 X-Ray로 검색할 수 없었던 물품까지 정확하게 구별해낼 수 있으며, 비무장 지대나 국제 분쟁지역에 묻혀 있는 수많은 지뢰들을 중성자를 조사하여 정확하고 효과적으로 찾아낼 수 있다. 또한 오랜 시간 동안 운전이 가능하고 고성능의 핵자빔 발생장치를 만들어내면 기존의 가속기로 제한되어 왔던 의료용 방사성 동위원소 생산이나, BNCT(Boron Neutron Capture Therapy)를 이용한 암치료 방법을 보다 보편적으로 적용할 수 있게 된다.Using neutrons, you can accurately identify items that were not previously searched by X-Ray when searching baggage at ports or airports.In addition, neutrons can be accurately and effectively surveyed by numerous mines buried in the DMZ or international conflict zones Can be found. In addition, by producing a high-performance nuclear magnetic beam generator that can operate for a long time, it is possible to apply medical radioisotope production or cancer treatment method using Borne Neutron Capture Therapy (BNCT), which has been limited to conventional accelerators. Will be.

이러한 중성자의 응용에 발맞추어 다양한 방법으로 중성자를 발생시키는 방법들이 연구되기 시작했다. [표 1]은 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 중성자 발생장치들의 중성자 수율 및 장단점을 비교한 표이다.In line with the application of these neutrons, methods for generating neutrons in various ways have begun. [Table 1] is a table comparing neutron yield and advantages and disadvantages of various kinds of neutron generators currently used.

중성자 수율[n/s]Neutron yield [n / s] 장점Advantages 단점Disadvantages 원자로nuclear pile ~1015(연속)~ 10 15 (continuous) 높은 중성자 속High neutron 펄스 제어불가,
대형장치
Pulse control not available,
Large device
가속기Accelerator ~1010(연속)~ 10 10 (continuous) 높은 중성자 속
펄스 제어 가능
High neutron
Pulse control possible
대형장치
낮은 융통성
Large device
Low flexibility
동위원소(252cf)Isotope (252cf) ~107(연속)~ 10 7 (continuous) 소형, 휴대가능Compact, portable 펄스 제어불가Pulse control not possible 소형 이온원Small ion source ~1010(연속)~ 10 10 (continuous) 소형, 펄스제어가능Compact, pulse controlled 단수명(표적:600시간)Short life span (target: 600 hours) D-D, D-T tubeD-D, D-T tube ~1010(연속)~ 10 10 (continuous) 소형, 휴대가능
펄스제어가능
Compact, portable
Pulse control possible
단수명(500시간)Short life (500 hours)

상기 [표 1]에 도시된 바와 같이, 현재 MeV 단위의 높은 에너지의 핵자를 생성할 수 있는 장치로는 가속기, 원자로, 동위원소, 소형 이온원을 이용한 핵융합 장치 등이 있다. 그러나 원자로와 가속기 같은 경우에는 막대한 건설비가 소요되고 장치가 대형이라 이동성이나 이용의 융통성 면에서 제약이 있으며, 동위원소는 자연 붕괴에 의해 핵자가 발생되기 때문에 관리나 제어의 어려움이 있다. 소형 이온원은 비교적 효율적으로 중성자를 발생시킬 수는 있으나 표적의 열문제와 수명문제로 인하여 장시간 안정적으로 운전하는데 한계가 있으며, D-D, D-T tube는 소규모의 이동형 중성자 발생을 목표로 연구가 진행되어 일부가 제품의 형태로 출시되고 있으나 비교적 낮은 중성자 속 및 짧은 수명 등의 문제점이 있다.As shown in Table 1, devices capable of generating high-energy nuclei in MeV units include an accelerator, a reactor, an isotope, and a fusion device using a small ion source. However, in the case of nuclear reactors and accelerators, the construction cost is enormous, and the apparatus is large, which is limited in terms of mobility and flexibility, and isotopes are difficult to manage or control because nuclei are generated by natural decay. Small ion sources can generate neutrons relatively efficiently, but there is a limit to stable operation for a long time due to target heat and lifetime problems. DD and DT tubes have been studied for the purpose of generating small mobile neutrons. Is released in the form of products, but there are problems such as relatively low neutron flux and short lifespan.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 관성형 정전 핵융합 장치(Inertial Electrostatic Confinement, IEC) 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 관성형 정전 핵융합 장치는 높은 에너지의 중수소(또는 헬륨(3He)) 이온들이 장치 내부의 플라즈마 또는 가스 표적과 핵반응을 일으키면서 중성자 및 양성자와 같은 핵자를 생산하기 때문에 기존에 문제시 되었던 표적의 수명과 열문제를 획기적으로 줄일수 있다. 또한, 구조가 간단하여 장치의 소형화가 가능하기 때문에 장치의 이동 및 설치가 쉽고 사용자의 운전 및 유지보수가 편리하다. In order to solve this problem, research on inertial electrostatic confinement (IEC) has been actively conducted. Inertial electrofusion fusion devices suffer from a previously problematic target because high-energy deuterium (or helium ( 3 He)) ions produce nuclei such as neutrons and protons, resulting in nuclear reactions with plasma or gas targets inside the device. Overheating problems can be greatly reduced. In addition, since the structure is simple and the device can be miniaturized, the device is easy to move and install, and the user is easy to operate and maintain.

도 1은 종래의 관성형 정전 핵융합 장치의 구성을 보여주는 평면도이다.1 is a plan view showing the configuration of a conventional inertial electrostatic fusion device.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 관성형 정전 핵융합장치는 원통형(또는 구형)의 진공 챔버(110), 진공 챔버(110)의 내벽에 접지된 상태로 설치되는 원통형(또는 구형) 전극(120), 챔버 중앙에 위치하되 원통형(또는 구형)의 격자구조로 구성되는 그리드 전극(130) 및 상기 그리드 전극으로 높은 음의 고전압을 인가하는 전력 공급기(140)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the conventional inertial electrostatic fusion device is a cylindrical (or spherical) vacuum chamber 110, a cylindrical (or spherical) electrode 120 is installed in a grounded state on the inner wall of the vacuum chamber 110. ), The grid electrode 130 is positioned in the center of the chamber and configured to have a cylindrical (or spherical) lattice structure, and a power supply 140 for applying a high negative high voltage to the grid electrode.

이와 같은 구성을 통해, 챔버 내부에는 접지된 원통형 전극과 음의 고전압이 인가된 그리드 전극 사이에 형성되는 강력한 전기장으로 인해 플라즈마가 발생되고, 챔버 내부에 존재하는 이온들은 챔버 중심부에 위치한 그리드 전극 쪽으로 가속된다. 그리드 전극 방향으로 가속된 이온들은 그리드 전극으로 입사되기보다는 원통형의 격자구조로 구성된 그리드 전극의 투명도에 의해 그리드 전극을 통과하게 되고, 다시 그리드 전극 중심으로 끌려 들어오는 운동을 반복하게 되면서 챔버 내부의 플라즈마 또는 가스표적과 핵반응을 일으켜 중성자를 발생시키게 된다.With this configuration, a plasma is generated inside the chamber due to a strong electric field formed between the grounded cylindrical electrode and the grid electrode to which a negative high voltage is applied, and the ions present in the chamber are accelerated toward the grid electrode located in the center of the chamber. do. The ions accelerated toward the grid electrode pass through the grid electrode due to the transparency of the grid electrode composed of a cylindrical lattice structure rather than being incident to the grid electrode, and then repeats the movement into the center of the grid electrode. It causes gas targets and nuclear reactions to generate neutrons.

그러나 많은 시뮬레이션 시험 및 실험 결과, 가속된 이온들이 그리드 전극 중심부로 집속되면서 이온들이 그리드 전극 중심부에 적체되는 현상을 보이게 됨이 밝혀졌고, 이렇게 중심부에 집속된 양(+)의 전하를 갖는 이온들에 의해 형성된 공간전하의 영향으로 뒤이어 가속되어 들어오는 이온들이 본래의 궤도에서 벗어나서 굴절 분산되는 궤도를 가지게 되는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 중성자를 발생시키는 데 부정적인 영향으로 작용되어, 중성자 수율을 높이는데 있어서의 제한 요건으로 작용하게 되고, 따라서 중심부에 집속된 이온에 의해 형성되는 공간전하에 의한 양(+)의 포텐셜을 상쇄시킬 방법이 요구되고 있다.However, many simulation tests and experiments have shown that the accelerated ions are concentrated in the center of the grid electrode, causing ions to accumulate in the center of the grid electrode, and thus to the positively charged ions concentrated in the center. Subsequently, the accelerated ions are influenced by the space charges formed to have orbits that refractively disperse away from the original orbits. This phenomenon has a negative effect on the generation of neutrons, which is a limiting factor in increasing the neutron yield, thus counteracting the positive potential due to the space charge formed by the ions concentrated in the center. There is a need for a way to do this.

본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 중심부로 집속되는 이온들에 의해 양(+)의 공간전하가 축적되는 그리드 전극 내부에 전자원을 장착하여 그리드 전극의 중심부에 전자를 공급함으로써, 전극 중심부 측에 축적된 양(+)의 공간전하를 효과적으로 상쇄시켜 중심부로 가속되는 이온빔들의 굴절에 의한 분산을 최소화함으로써 중성자 수율을 높일 수 있는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above problems according to the prior art. That is, an object of the present invention is to accumulate on the electrode center side by supplying electrons to the center of the grid electrode by mounting an electron source inside the grid electrode where positive space charges are accumulated by the ions focused to the center. It is to provide an inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that to effectively cancel the positive (+) space charge to minimize the dispersion by the refraction of the ion beam accelerated to the center to increase the neutron yield.

상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은, 원통형의 진공 챔버와, 상기 진공 챔버 내벽에 구비되어 상기 진공 챔버를 통해 접지되어 있는 원통형 전극과, 상기 진공 챔버의 내부 중앙에 위치하되 원통형의 격자구조로 형성되는 그리드 전극과, 상기 진공 챔버 일측에 구비되어 상기 그리드 전극에 음의 고전압을 인가하는 피드스루와, 상기 원통형의 그리드 전극 내부에 전자를 공급하기 위한 전자원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치를 제공함에 있다.As a technical idea for achieving the above object, the present invention provides a cylindrical vacuum chamber, a cylindrical electrode provided on the inner wall of the vacuum chamber and grounded through the vacuum chamber, and located in the inner center of the vacuum chamber, A grid electrode formed in a lattice structure, a feedthrough provided at one side of the vacuum chamber to apply a negative high voltage to the grid electrode, and an electron source for supplying electrons into the cylindrical grid electrode. The present invention provides an inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source.

본 발명에 따른 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치는, 전자원을 이용하여 그리드 전극 내부 공간으로 전자를 공급하여 그리드 전극 내부의 양(+)의 공 간전하를 효과적으로 상쇄시킴으로써 가속된 이온들의 운동방향이 굴절, 분산되는 점을 억제하여 챔버 내부에서의 반응도를 높여줌으로써 중성자 발생수율을 높일 수 있다.Inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source according to the present invention, by supplying electrons to the space inside the grid electrode using the electron source to effectively cancel the positive space charge inside the grid electrode of the accelerated ions By suppressing the point of refraction and dispersion of the direction of movement to increase the reactivity in the chamber it is possible to increase the neutron generation yield.

더불어 기존의 관성형 정전 핵융합 장치의 장점을 그대로 유지하면서도 중성자 수율을 높일 수 있게 됨으로써, 반영구적인 수명을 가지며 일체형 타입의 소형 중성자원으로서 학문/산업 응용에 필요한 동위원소 생산 및 지뢰 탐지 등의 여러 분야에 걸쳐 활용될 수 있다.In addition, it is possible to increase the neutron yield while maintaining the advantages of the existing inertial electrostatic fusion device, which has a semi-permanent lifespan and is an integrated type of small neutral resource. Can be utilized throughout.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 관성형 정전 핵융합 장치의 구성을 보여주는 도면이다.2 is a view showing the configuration of an inertial electrostatic fusion device according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 관성형 정전 핵융합 장치의 구조는, 원통형의 진공 챔버(210)와, 상기 진공 챔버(210) 내벽에 구비되어 상기 진공 챔버(210)를 통해 접지되어 있는 원통형 전극(220)과, 상기 진공 챔버(210)의 내부 중앙에 위치하되 원통형의 격자구조로 형성되는 그리드 전극(230)과, 상기 진공 챔버(210) 일측에 구비되어 그리드 전극(230)에 음의 고전압을 인가하기 위한 피드스루(feed through, 240)와, 상기 피드스루(240)에 전력을 공급하는 전력 공급기(도시하지 않음)와, 상기 원통형의 그리드 전극(230) 내부에 전자를 공급하기 위한 전자원(250) 으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the structure of the inertial electrostatic fusion device includes a cylindrical vacuum chamber 210 and a cylindrical electrode 220 provided on an inner wall of the vacuum chamber 210 and grounded through the vacuum chamber 210. And a grid electrode 230 positioned at an inner center of the vacuum chamber 210 and having a cylindrical lattice structure, and provided at one side of the vacuum chamber 210 to apply a negative high voltage to the grid electrode 230. Feed through (240), a power supply (not shown) for supplying power to the feed-through 240, and an electron source for supplying electrons into the cylindrical grid electrode 230 ( 250).

진공 챔버(210)는 통상 원통형으로 구성되며, 그 내벽에는 방전의 균일성을 확보하기 위해 원통형 전극(220)이 위치하는데, 진공 챔버(210)는 접지 상태를 유지하며 원통형 전극(220)과 전기적으로 연결되어 있어 진공 챔버(210)와 원통형 전극(220)은 같은 전압을 유지한다.The vacuum chamber 210 is usually formed in a cylindrical shape, the inner wall of the cylindrical electrode 220 is positioned to ensure uniformity of discharge, the vacuum chamber 210 is maintained in a ground state and electrical and cylindrical electrode 220 The vacuum chamber 210 and the cylindrical electrode 220 maintain the same voltage.

그리드 전극(230)은 진공 챔버(210)의 내부 중앙에 위치하되 원통형의 격자구조로 구성되며, 투명성을 높임과 동시에 플라즈마가 균일하게 만들어지기 위해 균일한 간격의 격자형으로 구성되고, 격자형의 전극이 차지하는 면적이 원통 둘레 면적의 10% 이하가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.The grid electrode 230 is located in the center of the interior of the vacuum chamber 210, but consists of a cylindrical lattice structure, in order to increase the transparency and to make the plasma uniform, is composed of a lattice of uniform intervals, It is preferable to comprise so that the area which an electrode occupies may be 10% or less of a cylindrical peripheral area.

또한, 그리드 전극(230)은 진공 챔버(210)의 일측에 위치하는 피드스루(240)와 전기적으로 연결되어 있어 외부에서 음의 고전압을 인가받게 된다. 따라서 접지된 원통형 전극(220)과 음의 고전압이 인가된 그리드 전극(230) 사이에 형성되는 강력한 전기장으로 인해 플라즈마가 발생되고, 챔버 내부에 존재하는 이온들은 챔버 중심부에 위치한 그리드 전극(230) 쪽으로 가속된다. 그리드 전극(230) 방향으로 가속된 이온들은 그리드 전극(230)으로 입사되기보다는 원통형의 격자구조로 구성된 그리드 전극(230)의 투명도에 의해 그리드 전극(230)을 통과하게 되고, 다시 그리드 전극(230) 중심으로 끌려 들어오는 운동을 반복하게 되면서 챔버 내부에 플라즈마 또는 가스표적과 핵반응을 일으켜 중성자를 발생시키게 된다.In addition, the grid electrode 230 is electrically connected to the feedthrough 240 located at one side of the vacuum chamber 210 to receive a negative high voltage from the outside. Therefore, a plasma is generated due to a strong electric field formed between the grounded cylindrical electrode 220 and the grid electrode 230 to which a negative high voltage is applied, and the ions present in the chamber toward the grid electrode 230 located in the center of the chamber. Is accelerated. The ions accelerated toward the grid electrode 230 pass through the grid electrode 230 by the transparency of the grid electrode 230 having a cylindrical lattice structure rather than being incident to the grid electrode 230, and again, the grid electrode 230. By repeating the movement to the center, it generates a neutron by causing nuclear reaction with plasma or gas target inside the chamber.

피드스루(240)는 외부와의 절연성이 좋은 테프론과 세라믹 절연체로 구성되어 외부와의 전기적 절연을 유지한다. 피드스루(240)는 그리드 전극(230)에 통상 수십KV 내지 수백KV 범위의 높은 음의 고전압을 인가하며, 바람직하게는 -50KV 내지 -300KV의 범위 내에서 음의 고전압을 그리드 전극(230)으로 인가한다.The feed-through 240 is composed of Teflon and a ceramic insulator having good insulation from the outside to maintain electrical insulation from the outside. The feed-through 240 applies a high negative high voltage, usually in the range of several tens of KV to several hundred KV, to the grid electrode 230. Preferably, the negative high voltage is applied to the grid electrode 230 in the range of -50 KV to -300 KV. Is authorized.

전자원(250)은 그리드 전극(230)의 중심 내부로 전자를 방출하여 양이온을 중성화 시킴으로써 그리드 전극(230)의 중심부에 집속되는 이온들에 의해 축적된 양(+)의 공간전하를 효과적으로 상쇄시켜 중심부로 가속되는 이온빔들의 굴절에 의한 분산을 최소화한다.The electron source 250 emits electrons into the center of the grid electrode 230 to neutralize positive ions, thereby effectively canceling the positive (+) space charge accumulated by ions focused at the center of the grid electrode 230. Minimize dispersion due to refraction of the ion beams accelerated to the center.

이때 전자원(250)은 가속되는 이온들과의 충돌로 인한 손상을 막기 위해 진공 챔버(210) 축방향의 양측 단부 가까이 위치하는 것이 바람직하며, 일측 단부 또는 양측 단부에 모두 설치될 수 있다. 전자원(250)은 그리드 전극(230)과 전기적 절연을 유지한 채 그리드 전극(230) 내부로 삽입된다. In this case, the electron source 250 is preferably located near both ends of the axial direction of the vacuum chamber 210 in order to prevent damage due to collision with the accelerated ions, and may be installed at one end or both ends. The electron source 250 is inserted into the grid electrode 230 while maintaining electrical insulation with the grid electrode 230.

전자원(250)으로는 전자를 발생시킬 수 있는 다양한 전자원이 대부분 사용될 수 있으나, 챔버 내의 고전압에 영향이 적고 전기적인 연결상태에서 자유롭기 위해, 열전자 방출을 이용한 열전자원이나 외부 레이저를 통해서 광전자를 방출하는 광전자원을 사용하는 것이 효과적이다. 열전자원의 경우 높은 전자전류를 얻을 수 있으며, 광 전자원의 경우 전기적인 연결의 문제에서 자유로워, 높은 주파수의 레이저를 이용해서 전자원에서 방출되는 전자들을 조절할 수 있다.Various electron sources capable of generating electrons may be used as the electron source 250, but in order to be less affected by the high voltage in the chamber and to be free from the electrical connection state, the photoelectron may be transferred through a thermal electron source or an external laser using a thermal electron emission. It is effective to use photovoltaic resources that emit. In the case of a hot electron source, a high electron current can be obtained, and in the case of a photo electron source, it is free from the problem of electrical connection, so that the electrons emitted from the electron source can be controlled using a high frequency laser.

전자원(250)으로 열전자원을 사용할 경우, 그리드 전극(230)에 인가된 전압을 참조하여 별도의 전력 공급기를 통해 전자원(250)에 이에 상응하는 전력을 공급함으로써 그리드 전극(230)과 전자원(250)이 동일한 전위를 유지하여 전체적으로 균일한 플라즈마를 발생하게 하는 것이 바람직하다.When the thermal electron source is used as the electron source 250, the grid electrode 230 and the electron are supplied by supplying corresponding power to the electron source 250 through a separate power supply with reference to the voltage applied to the grid electrode 230. It is desirable for the circles 250 to maintain the same potential to generate an overall uniform plasma.

이와 같이 구성된 본 발명의 관성형 정전 핵융합 장치의 동작원리를 도 3을 통해 살펴보기로 한다. 도 3은 상기 도 2에 도시된 관성형 정전 핵융합 장치의 전기회로도를 나타낸 것이다. The operation principle of the inertial electrostatic fusion device of the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 3. 3 is an electrical circuit diagram of the inertial electrostatic fusion device shown in FIG.

도 3에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(210)와 원통형 전극(220)은 전기적으로 접지되어 있으며, 그 내부에 위치하는 그리드 전극(230)은 피드스루(240)를 통해 수십-수백KV까지 높은 음의 고전압이 인가된다. 따라서 접지된 원통형 전극(220)과 음의 고전압이 인가된 그리드 전극(230) 사이에 형성되는 강력한 전기장으로 인해 플라즈마가 발생되고, 챔버 내부에 존재하는 이온들은 챔버 중심부에 위치한 그리드 전극(230) 쪽으로 가속된다. As shown in FIG. 3, the vacuum chamber 210 and the cylindrical electrode 220 are electrically grounded, and the grid electrode 230 located therein is high through the feedthrough 240 to several tens to hundreds of KV. A negative high voltage is applied. Therefore, a plasma is generated due to a strong electric field formed between the grounded cylindrical electrode 220 and the grid electrode 230 to which a negative high voltage is applied, and the ions present in the chamber toward the grid electrode 230 located in the center of the chamber. Is accelerated.

그리드 전극(230) 방향으로 가속된 이온들은 그리드 전극(230)으로 입사되기보다는 원통형의 격자구조로 구성된 그리드 전극(230)의 투명도에 의해 그리드 전극(230)을 통과하게 되고, 다시 그리드 전극(230) 중심으로 끌려 들어오는 운동을 반복하게 된다. 이와 같은 이온들의 운동에 따라 챔버 내부에서는 중수소-중수소, 혹은 중수소-삼중수소, 중수소-헬륨3 등의 입자 충돌에 의한 핵융합 반응이 일어나 고에너지의 중성자를 발생시킨다. The ions accelerated toward the grid electrode 230 pass through the grid electrode 230 by the transparency of the grid electrode 230 having a cylindrical lattice structure rather than being incident to the grid electrode 230, and again, the grid electrode 230. ) Will be repeated to the center of the movement. As the ions move, the fusion reaction is caused by particle collisions such as deuterium-deuterium, deuterium-tritium, deuterium-helium 3 and the like to generate high energy neutrons.

이때, 전자원(250)은 그리드 전극(230)의 중심 내부로 전자를 방출하여 양이온을 중성화 시킴으로써 그리드 전극 내부의 양(+)의 공간전하를 효과적으로 상쇄시킨다. 따라서 챔버 내부에서 가속된 이온들의 운동방향이 굴절, 분산되는 것을 억제하여 챔버 내의 전체적 반응도를 높여줌으로써 중성자 발생수율을 높일 수 있 다.At this time, the electron source 250 effectively cancels the positive (+) space charge inside the grid electrode by neutralizing the cations by emitting electrons into the center of the grid electrode 230. Therefore, by suppressing the refraction and dispersion of the movement direction of the accelerated ions in the chamber to increase the overall reactivity in the chamber can increase the neutron generation yield.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 챔버 일측에 이온 주입구가 설치된 관성형 정전 핵융합 장치의 전기회로도를 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(210)의 일측에는 챔버 내부로 이온을 주입할 수 있는 이온 주입구(260)가 형성되어 있어, 필요한 경우 외부의 이온원으로부터 중수소, 삼중수소, 헬륨3(3He) 등의 외부 이온을 챔버 내부로 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 이온 주입구(260)를 통해 외부 이온원으로부터 중수소, 삼중수소, 헬륨3(3He) 등의 이온을 챔버 내부로 주입하면, 챔버 내부의 가속 이온 밀도가 높아지게 되고, 이에 따라 챔버 내부의 전체적 반응도를 높일 수 있어 중성자 수율을 효과적으로 향상시킬 수 있다. Figure 4 shows an electrical circuit diagram of an inertial electrostatic fusion device is installed with an ion implantation port on one side of the chamber as another embodiment of the present invention. As shown in Figure 4, one side of the vacuum chamber 210 is formed with an ion implantation port 260 for implanting ions into the chamber, if necessary, deuterium, tritium, helium 3 ( It is configured to supply external ions such as 3 He) into the chamber. When ion, such as deuterium, tritium, and helium 3 ( 3 He), is injected into the chamber from the ion source through the ion inlet 260, the accelerated ion density inside the chamber is increased, thereby increasing the overall reactivity of the chamber. It can increase the neutron yield effectively.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

도 1은 종래의 관성형 정전 핵융합 장치의 구성을 보여주는 평면도.1 is a plan view showing the configuration of a conventional inertial electrostatic fusion device.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 관성형 정전 핵융합 장치의 구성을 보여주는 도면.2 is a view showing the configuration of an inertial electrostatic fusion device according to an embodiment of the present invention.

도 3은 상기 도 2에 도시된 관성형 정전 핵융합 장치의 전기회로도.3 is an electrical circuit diagram of the inertial electrostatic fusion device shown in FIG.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 챔버 일측에 이온 주입구가 설치된 관성형 정전 핵융합 장치의 전기회로도.4 is an electrical circuit diagram of an inertial electrostatic fusion device having an ion implantation port in one side of the chamber as another embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

210 : 진공 챔버 220 : 원통형 전극210: vacuum chamber 220: cylindrical electrode

230 : 그리드 전극 240 : 피드스루230: grid electrode 240: feedthrough

250 : 전자원 260 : 이온 주입구250: electron source 260: ion implantation port

Claims (9)

관성형 정전 핵융합 장치에 있어서,In the inertial electrostatic fusion device, 원통형의 진공 챔버와;A cylindrical vacuum chamber; 상기 진공 챔버 내벽에 구비되어 상기 진공 챔버를 통해 접지되어 있는 원통형 전극과;A cylindrical electrode provided on an inner wall of the vacuum chamber and grounded through the vacuum chamber; 상기 진공 챔버의 내부 중앙에 위치하되 원통형의 격자구조로 형성되는 그리드 전극과;A grid electrode positioned at an inner center of the vacuum chamber and formed in a cylindrical lattice structure; 상기 진공 챔버 일측에 구비되어 상기 그리드 전극에 음의 고전압을 인가하는 피드스루와;A feed-through provided at one side of the vacuum chamber to apply a negative high voltage to the grid electrode; 상기 원통형의 그리드 전극 내부에 전자를 공급하기 위한 전자원;An electron source for supplying electrons into the cylindrical grid electrode; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.Inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그리드 전극은,The grid electrode, 균일한 간격의 격자형으로 구성되되, 격자형의 전극이 차지하는 면적이 원통 둘레 면적의 10% 이하가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.An inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, comprising a lattice of uniform spacing, wherein the area occupied by the lattice electrode is 10% or less of the area around the cylinder. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자원은,The electron source, 상기 그리드 전극과 전기적으로 절연을 유지하는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.Inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that to maintain electrical insulation with the grid electrode. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피드스루에는,The feedthrough, 상기 피드스루를 통해 상기 그리드 전극에 음의 고전압을 인가하기 위한 전력 공급기가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.Inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that the power supply for applying a negative high voltage to the grid electrode through the feed-through is connected. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 전자원에는,In the electron source, 별도의 전력 공급기가 연결되어, 상기 전자원과 상기 그리드 전극에 인가되는 전위가 서로 평형을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.A separate power supply is connected, the inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that the potential applied to the electron source and the grid electrode is balanced with each other. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그리드 전극에는,The grid electrode, -50KV 내지 -300KV의 음의 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.An inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that a negative high voltage of -50 KV to -300 KV is applied. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자원은,The electron source, 열전자 발생장치인 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.An inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that a hot electron generator. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자원은,The electron source, 외부 레이저를 통해 광전자를 방출하는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.An inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized by emitting an photoelectron through an external laser. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 진공 챔버에는,In the vacuum chamber, 챔버 내부로 이온을 주입할 수 있는 이온 주입구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자원이 장착된 관성형 정전 핵융합 장치.An inertial electrostatic fusion device equipped with an electron source, characterized in that an ion implantation port is installed to inject ions into the chamber.
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KR20010032046A (en) * 1997-11-12 2001-04-16 추후제출 Inertial electrostatic confinement fusion device with gate-valve pulsing
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